学术成果

光伏相变窗光热电性能实验研究

2024.12.27

2024年6月20日，由深圳大学本原设计研究中心可持续建筑研究所团队在《Journal of Energy Storage》期刊发表题为《Experimental study of a PVPCM window under hot summer and warm winter climate》的SCI论文，团队成员唐海达副教授为论文第一作者，李春莹副教授为论文通讯作者，深圳大学建筑与城市规划学院2022级硕士研究生龙其浩为第二作者。

▲ Fig.1 PV-PCM 窗系统图解

▲ Fig.2 PV-PCM 窗传热机制

研究背景

能源短缺和气候危机问题使全球建筑领域的节能问题日益受到关注。在中国，随着经济和生活水平的快速发展，在建筑物中安装室内热调节装置的趋势也日益明显。统计数据显示，建筑能耗约占中国总能耗的 36%，其中很大一部分用于室内热调节。因此，提高建筑围护结构的节能性能以降低冷热负荷至关重要。在此背景下，相变建筑围护结构成为一个热门研究课题。本研究的PV-PCM窗是为了解决现有相变窗在阴天过度遮挡自然光和在寒冷冬日太阳能透射不足无法供暖等问题而提出。

研究概况

本研究将 PV-PCM窗与普通透明玻璃窗、PV窗和PCM窗在炎热的夏季和温暖的冬季气候条件下进行了光学、热学和电性能的对比实验。

▲ Fig.3 PV-PCM 窗、PV窗和PCM窗部分工况图解

研究亮点

本研究提出了一种光伏相变窗(PV-PCM window, Photovoltaic-Phase Change Material window)。白天，部分入射太阳辐射被转化为电能，而来自内部和太阳辐射的过多热量则被储存在填充于窗户的PCM中。夜间，储存的热量可以从 PCM 中释放出来。与现有的光伏窗或相变窗不同，PCM 被密封在单独的模块中，便于调整或拆除，从而更好地适应不同的天气条件。

研究结论

在炎热的夏季，PV-PCM窗具有延缓和降低室内温度峰值的能力。与普通透明玻璃窗相比，三天内的温度峰值分别降低了 8.67、5.35 和 10.70 oC。相应地，室内热增益分别减少了 364.97、265.96 和 301.10 kJ。本研究提出的 PV-PCM 窗的 SHGC 降低到 0.30 以下，U值降低到 2.50 W/(m2-K) 以下。与光伏窗相比，PV-PCM 窗的发电量更高，因为相邻的 PCM 模块产生了冷却效果。在平衡热调节的同时，0.36 m2半透明碲化镉 PV-PCM 窗的日发电量分别为 548.33、316.55 和 58.85 kJ。